CN105333109B - 一种环抱式精密轴系及其中间装调结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环抱式精密轴系及其中间装调结构，包括主轴、轴承座、编码器、力矩机、第一角接触球轴承、第二角接触球轴承、载荷1及载荷2，主轴包括中心轴及设置在中心轴两端的径向尺寸大于中心轴的轴左端与轴右端，轴左端、轴右端与中心轴同轴设置，轴右端与中心轴为一体化结构，轴左端与中心轴通过螺纹紧固件连接；轴左端通过第一角接触球轴承与轴承座连接，轴右端通过第二角接触球轴承与轴承座连接，编码器与力矩机设置两个角接触球轴承之间的主轴上，载荷1和载荷2分别位于两个角接触球轴承外侧的主轴上。本发明的轴系结构不但极大地缩小了轴系空间，并且进一步提高了轴系的精度，同时能够在左右两端各安装一个载荷，增加了承载量。

Description

一种环抱式精密轴系及其中间装调结构

技术领域

本发明属于精密机械装校领域，涉及一种环抱式精密轴系及其中间装调结构。

背景技术

精密轴系的设计方案中，一般采取以下两种形式：

方案1：简支梁形式。如图1所示，其中A端为定位端，一般采取一对定心轴承(如角接触球轴承组，采用DB型或者DF型安装)；右端为支承端，一般为一个游动轴承(如深沟球轴承)。编码器安装在定位端，力矩机安装在支承端。一般情况下，载荷采用“H”型分布于中间。

方案2：对于小型轴系或者轴系使用环境温度变化不大的轴系，为了节省空间和提高精度，可以直接使用一对定心轴承(如角接触球轴承组，采用DB型或者DF型安装)组成精密轴系，分别在其两端安装编码器和力矩电机，结构如图2所示。一般情况下，载荷采用“T”型分布于两端。

由于在精密轴系设计中，角接触球轴承组作为定位端，既可以承受径向作用力，亦可以承受轴向作用力，所以被广泛使用。但是由于角接触球轴承组的特点，无论采用方案1还是方案2，其轴系跨度在空间上上不能太小，载荷有一定限制。

发明内容

在对轴系尺寸和重量有严格要求的情况下，尤其对“小轴系、大(相对轴系本身的重量载荷且较大)载荷”的精密轴系情况下，采用背景技术中的轴系方案往往无法满足要求，为此，本发明提供一种环抱式精密轴系，同时提出针对该环抱式精密轴系的中间装调结构。

本发明的技术解决方案是：

本发明所提供的环抱式精密轴系，包括主轴、轴承座3、编码器、力矩机、第一角接触球轴承1、第二角接触球轴承12、载荷1及载荷2，其特殊之处在于：

所述主轴包括中心轴及设置在中心轴两端的径向尺寸大于中心轴的轴左端16与轴右端11，所述轴左端16、轴右端11与中心轴同轴设置，所述轴右端11与中心轴为一体化结构，所述轴左端16与中心轴通过螺纹紧固件连接；

所述轴承座3具有左右两个同轴设置的第一轴承孔和第二轴承孔，所述第一角接触球轴承1和第二角接触球轴承12分别位于第一轴承孔和第二轴承孔内，所述轴左端16通过第一角接触球轴承1与轴承座3连接，所述轴右端11通过第二角接触球轴承12与轴承座3连接，

所述第一角接触球轴承1的外侧设置第一角接触球轴承内压圈17及第一角接触球轴承外压圈18，所述第一角接触球轴承内压圈17通过螺纹紧固件与轴左端16固连，所述第一角接触球轴承外压圈18通过螺纹紧固件与轴承座3左端固连；所述第二角接触球轴承12的外侧设置第二角接触球轴承内压圈9及第二角接触球轴承外压圈8，所述第二角接触球轴承内压圈17通过螺纹紧固件与轴右端11固连，所述第二角接触球轴承外压圈8通过螺纹紧固件与轴承座3右端固连；

所述编码器与力矩机设置两个角接触球轴承之间的主轴上，载荷1和载荷2分别位于两个角接触球轴承外侧的主轴上。

上述编码器转子14安装于轴左端16上，在编码器转子14与轴左端16之间有编码器转子修切垫15；编码器定子5安装于轴承座3上，在编码器定子5与轴承座3之间有编码器定子修切垫4；编码器的转子与定子的平行度、间隔通过编码器转子修切垫15和编码器定子修切垫4的修研保证；

光电开关遮挡片13安装于编码器转子14上，光电开关6安装于轴承座上，实现对轴系的工作范围控制；

力矩机定子7安装于轴承座3上，力矩机转子10安装于轴右端11上。

上述第一角接触球轴承1与第二角接触球轴承12组成DF或DB安装形式。

本发明还提供了一种环抱式轴系的中间装调结构，其特殊之处在于：包括主轴系及辅助工装轴系，所述主轴系包括主轴、轴承座、编码器、力矩机、第一角接触球轴承及第二角接触球轴承，其特征在于：

所述主轴包括中心轴及设置在中心轴两端的径向尺寸大于中心轴的轴左端16与轴右端11，所述轴左端16、轴右端11与中心轴同轴设置，所述轴右端11与中心轴为一体化结构，所述轴左端16与中心轴通过螺纹紧固件连接；

所述轴承座3具有左右两个同轴设置的第一轴承孔和第二轴承孔，所述第一角接触球轴承1和第二角接触球轴承12分别位于第一轴承孔和第二轴承孔内，所述轴左端16通过第一角接触球轴承1与轴承座3连接，所述轴右端11通过第二角接触球轴承12与轴承座3连接，

每个角接触球轴承的外侧分别设置有用于压紧轴承内圈的轴承内压圈和用于压紧轴承外圈的轴承外压圈，两个轴承内压圈分别通过螺纹紧固件与轴左端和轴右端连接，两个轴承外压圈通过螺纹紧固件连接在轴承座的两侧，

所述辅助工装轴系包括辅助工装轴承座20、辅助工装轴19、第三角接触球轴承21、第三角接触球轴承外压圈23及第三角接触球轴承内压圈22，所述辅助工装轴19安装于主轴系的轴左端16上，所述辅助工装轴19与轴左端16、轴右端11组合体同轴；所述辅助工装轴承座20安装于主轴系的第一角接触球轴承外压圈18上，第三角接触球轴承21安装于辅助工装轴承座20中，第三角接触球轴承21内圈由第三角接触轴承内压圈22压紧，第三角接触球轴承21外圈由第三角接触球轴承外压圈23压紧。

当第一角接触球轴承1与第二角接触球轴承12组成DF安装形式时，第一角接触球轴承1与第三角接触球轴承21组成用DB安装形式。当第一角接触球轴承1与第二角接触球轴承12组成DB安装形式时，第一角接触球轴承1与第三角接触球轴承21组成用DF安装形式。

本发明与现有技术相比，优点是：

1、在轴系的设计上创新设计了“环抱式精密轴系”，在使用环境温控等条件许可情况下省略了一个深沟球轴承，有由两个角接触球轴承组成一个精密轴系，同时将编码器和力矩机布局于两个角接触球轴承中间，这样不但极大地缩小了轴系空间，并且进一步提高了轴系的精度，同时能够在左右两端各安装一个载荷，增加了承载量。

2、在精密轴系的装校时上提出了一种“互补式轴系基准转换法”。常规对于如图所示的“环抱式精密轴系”，编码器和力矩机装调时，由于需要在精密轴系没有组装起来前就进行编码器和力矩机安装，结果只能采取“盲装”，保证不了装调精度，亦不能进行精度调整。互补式轴系基准转换法利用辅助工装轴系进行了基准转换，解决了“环抱式轴系”编码器、力矩机等精密装校难题，编码器装调精度得到了保证。

本发明已经过实际工程验证，切实可行，且轴系精度、编码器测角精度、轴系调控精度都得到高度保证。

3、本发明将主轴系与辅助轴系中间的一个角接触球轴承作为过度件共用。依据组成轴系设计原理，形成了互补式的两个轴系结构。添加辅助轴系是一个重大创新，采用互补式结构也是一个重大创新。

附图说明

图1为简支梁形式的轴系结构框架；

图2为T型轴系结构框架；

图3为本发明环抱式轴系结构框架；

图4表示主轴系装配图；

图5表示安装了辅助轴系的中间装调结构；

图6表示拆下中心轴的装配图；

图7表示安装码盘、定子的装配图；

图8表示安装光电开光挡片及力矩机定子的装配图；

图9表示将力矩机转子与轴右端连接，并装入主轴系的装配图；

图10表示拆下了辅助轴系的环抱式轴系结构图。

其中附图标记为：1-第一角接触球轴承、2-角接触球轴承组修切垫、3-轴承座、4-编码器定子修切垫、5-编码器定子、6-光电开关、7-力矩机定子、8-第二角接触球轴承外压圈、9-第二角接触球轴承内压圈、10-力矩机转子、11-轴右端、12-第二角接触球轴承、13-光电开关遮挡片、14-编码器转子、15-编码器转子修切垫、16-轴左端、17-第一角接触球轴承内压圈、18-第一角接触球轴承外压圈、19-辅助工装轴、20-辅助工装轴承座、21-第三角接触球轴承、22-第三角接触球轴承内压圈、23-第三角接触球轴承外压圈。

具体实施方式

本发明根据某小型精密轴系的要求，载荷采用“T”型分布，在精密轴系设计中，A端与B端分别采用一个角接触球轴承，A、B端采用“DB型”或“DF型”安装方式，将力矩机、编码器等组件安装于一对角接触球轴承组中间，两个载荷分别分布于左、右两端。其优点是极大的节约了轴向设计距离，使得精密轴系整体尺寸和重量大大减小，结构如图3所示。

环抱式精密轴系方案的工作原理：精密轴系主要由一对角接触球轴承组采用DF安装形式组成，角接触球轴承组安装于轴承座3中，轴承内孔装入轴左端16与轴右端11(左、右需要组合加工保证同轴度)。轴系预紧力和轴系精度依靠角接触球轴承组修切垫2的调节来实现。第一角接触球轴承1内圈由第一角接触球轴承内压圈17压紧，第一角接触球轴承1外圈由第一角接触球轴承外压圈18压紧；第二角接触球轴承12内圈由第二角接触球轴承内压圈9压紧，第二角接触球轴承12外圈由第二角接触球轴承外压圈8压紧。

编码器转子14安装于轴左端16上，在编码器转子14与轴左端16之间有编码器转子修切垫15；编码器定子5安装于轴承座3上，在编码器定子5与轴承座3之间有编码器定子修切垫4；编码器的转子与定子的平行度、间隔通过编码器转子修切垫15和编码器定子修切垫4的修研保证；编码器主要实现轴系的角度和角速度的采集与控制。

光电开关遮挡片13安装于编码器转子14上，光电开关6安装于轴承座上，实现对轴系的工作范围控制。力矩机定子7安装于轴承座3上，力矩机转子10安装于轴右端11上，主要提供轴系旋转动力。

互补式辅助工装轴系的工作原理：由于本例中，主轴系采用了DF安装形式的一对角接触球轴承组，所以辅助工装轴系采用互补式结构，即一对DB安装型的角接触球轴承组。

辅助工装轴19安装于主轴系的轴左端16上，保证其与主轴系的轴左端16、轴右端11组合体同轴。辅助工装轴承座20安装于主轴系第一角接触球轴承外压圈18上。工装轴系第三角接触球轴承21安装于辅助工装轴承座20中，由辅助工装轴19穿过工装轴系第三角接触球轴承21定位。第三角接触球轴承21内圈由第三角接触轴承内压圈22压紧，第三角接触球轴承21外圈由第三角接触球轴承外压圈23压紧。第三角接触球轴承21与主轴系的第一角接触球轴承1共同组成一对DB安装形式的辅助工装轴系。

互补式轴系基准转换法精密轴系的装校方案：

在轴系精密装调中，首先精密装校主轴系(编码器、力矩机暂时不装)，以主轴系为基准，增加互补式辅助工装轴系；拆除主轴系，以辅助工装轴系为基准精密装调编码器、力矩机；以互补式辅助工装轴系为基准重新装调主轴系；拆除辅助工装轴系，精密轴系的精密装校完成；再以主轴系为基准分别于两端装调载荷。其具体步骤如下：

1】主轴系装配(如图4所示)

将中心轴、轴左端、轴右端、轴承座、两个角接触球轴承、轴承内压圈、轴承外压圈进行安装；

2】在主轴系的左端增加互补式辅助工装轴系，辅助工装轴系与主轴系同轴(如图5所示)，具体为：

2.1】在轴左端安装辅助工装轴，辅助工装轴包括中心工装轴及设置在中心工装轴两端的径向尺寸大于中心工装轴的工装轴左端及工装轴右端，中心工装轴、工装轴左端及工装轴右端同轴设置，所述辅助工装轴与轴左端16、轴右端11组合体同轴；

2.2】将第三角接触球轴承安装在辅助工装轴承座20内；

2.3】将辅助工装轴承座20与第一角接触球轴承外压圈固定连接；工装轴左端通过第三角接触球轴承与辅助工装轴承座连接，

2.4】在第三角接触球轴承外侧设置第三角接触球轴承内压圈及第三角接触球轴承外压圈，第三角接触球轴承内压圈与工装轴左端通过螺纹紧固件连接；第三角接触球轴承外压圈与辅助工装轴承座左端通过螺纹紧固件连接；

2.5】检查端跳、径跳及轴系晃动。

3】拆除中心轴及中心轴与轴承座之间的连接件(如图6所示)；

4】以辅助工装轴系为准，安装编码器、力矩机；具体为：

4.1】将编码器转子与编码器定子与轴左端同轴安装，其中编码器转子与轴左端通过螺纹紧固件固定连接，编码器定子与轴承座通过螺纹紧固件固定连接(如图7)，

4.2】将光电开关遮挡片13安装于编码器转子14右端，光电开关遮挡片13与轴左端16同轴安装，

4.3】将光电开关6与轴承座3固定连接，将力矩机定子7与轴承座3固定连接，力矩机定子7与轴左端16同轴，

4.4】检查径向跳动、端跳。

5】以辅助工装轴系为准，安装中心轴及中心轴与轴承座之间的连接件(如图9)；具体为：

5.1】将力矩机转子套在中心轴上，力矩机转子的右端与轴右端固定连接；

5.2】将中心轴装入轴承座，将中心轴的左端与轴左端固定连接，轴右端通过角接触轴承与轴承座连接，并安装轴承内压圈与轴承外压圈。

6】拆除辅助工装轴系得到本发明的环抱式轴系结构(如图10)；

7】以主轴系为基准，在主轴的两端装调载荷。

Claims (6)

1.一种环抱式精密轴系，包括主轴、轴承座(3)、编码器、力矩机、第一角接触球轴承(1)、第二角接触球轴承(12)、载荷1及载荷2，其特征在于：

所述主轴包括中心轴及设置在中心轴两端的径向尺寸大于中心轴的轴左端(16)与轴右端(11)，所述轴左端(16)、轴右端(11)与中心轴同轴设置，所述轴右端(11)与中心轴为一体化结构，所述轴左端(16)与中心轴通过螺纹紧固件连接；

所述轴承座(3)具有左右两个同轴设置的第一轴承孔和第二轴承孔，所述第一角接触球轴承(1)和第二角接触球轴承(12)分别位于第一轴承孔和第二轴承孔内，所述轴左端(16)通过第一角接触球轴承(1)与轴承座(3)连接，所述轴右端(11)通过第二角接触球轴承(12)与轴承座(3)连接，

所述第一角接触球轴承(1)的外侧设置第一角接触球轴承内压圈(17)及第一角接触球轴承外压圈(18)，所述第一角接触球轴承内压圈(17)通过螺纹紧固件与轴左端(16)固连，所述第一角接触球轴承外压圈(18)通过螺纹紧固件与轴承座(3)左端固连；所述第二角接触球轴承(12)的外侧设置第二角接触球轴承内压圈(9)及第二角接触球轴承外压圈(8)，所述第二角接触球轴承内压圈(9)通过螺纹紧固件与轴右端(11)固连，所述第二角接触球轴承外压圈(8)通过螺纹紧固件与轴承座(3)右端固连；

所述编码器与力矩机设置两个角接触球轴承之间的主轴上，载荷1和载荷2分别位于两个角接触球轴承外侧的主轴上。

2.根据权利要求1所述的环抱式精密轴系，其特征在于：

编码器转子(14)安装于轴左端(16)上，在编码器转子(14)与轴左端(16)之间有编码器转子修切垫(15)；编码器定子(5)安装于轴承座(3)上，在编码器定子(5)与轴承座(3)之间有编码器定子修切垫(4)；编码器的转子与定子的平行度、间隔通过编码器转子修切垫(15)和编码器定子修切垫(4)的修研保证；

光电开关遮挡片(13)安装于编码器转子(14)上，光电开关(6)安装于轴承座上，实现对轴系的工作范围控制；

力矩机定子(7)安装于轴承座(3)上，力矩机转子(10)安装于轴右端(11)上。

3.根据权利要求1或2所述的环抱式精密轴系，其特征在于：第一角接触球轴承(1)与第二角接触球轴承(12)组成DF或DB安装形式。

4.一种环抱式精密轴系的中间装调结构，其特征在于：包括主轴系及辅助工装轴系，所述主轴系包括主轴、轴承座(3)、编码器、力矩机、第一角接触球轴承(1)及第二角接触球轴承(12)，其特征在于：

所述主轴包括中心轴及设置在中心轴两端的径向尺寸大于中心轴的轴左端(16)与轴右端(11)，所述轴左端(16)、轴右端(11)与中心轴同轴设置，所述轴右端(11)与中心轴为一体化结构，所述轴左端(16)与中心轴通过螺纹紧固件连接；

所述轴承座(3)具有左右两个同轴设置的第一轴承孔和第二轴承孔，所述第一角接触球轴承(1)和第二角接触球轴承(12)分别位于第一轴承孔和第二轴承孔内，所述轴左端(16)通过第一角接触球轴承(1)与轴承座(3)连接，所述轴右端(11)通过第二角接触球轴承(12)与轴承座(3)连接；

每个角接触球轴承的外侧分别设置有用于压紧轴承内圈的轴承内压圈和用于压紧轴承外圈的轴承外压圈，两个轴承内压圈分别通过螺纹紧固件与轴左端和轴右端连接，两个轴承外压圈通过螺纹紧固件连接在轴承座(3)的两侧；

所述辅助工装轴系包括辅助工装轴承座(20)、辅助工装轴(19)、第三角接触球轴承(21)、第三角接触球轴承外压圈(23)及第三角接触球轴承内压圈(22)，所述辅助工装轴(19)安装于主轴系的轴左端(16)，所述辅助工装轴(19)与轴左端(16)、轴右端(11)组合体同轴；所述辅助工装轴承座(20)安装于主轴系的第一角接触球轴承外压圈(18)上，第三角接触球轴承(21)安装于辅助工装轴承座(20)中，第三角接触球轴承(21)内圈由第三角接触球轴承内压圈(22)压紧，第三角接触球轴承(21)外圈由第三角接触球轴承外压圈(23)压紧。

5.根据权利要求4所述的环抱式精密轴系的中间装调结构，其特征在于：第一角接触球轴承(1)与第二角接触球轴承(12)组成DF安装形式，第一角接触球轴承(1)与第三角接触球轴承(21)组成用DB安装形式。

6.根据权利要求4所述的环抱式精密轴系的中间装调结构，其特征在于：第一角接触球轴承(1)与第二角接触球轴承(12)组成DB安装形式，第一角接触球轴承(1)与第三角接触球轴承(21)组成用DF安装形式。